DL/T 904—2015 與 GB/T 10184—2015標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐效率計(jì)算對(duì)比分析

楊俏發(fā)

(古交西山發(fā)電有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

在電廠日常生產(chǎn)運(yùn)行和鍋爐燃燒優(yōu)化時(shí)均需要對(duì)鍋爐效率進(jìn)行分析和比較評(píng)價(jià)[1-2]。在智慧電廠的建設(shè)過程中，需要實(shí)時(shí)了解鍋爐的效率，了解其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，從而實(shí)現(xiàn)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)和綠色運(yùn)行。然而，無論是美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME 標(biāo)準(zhǔn) Fired steam generators performance test code ASME PTC 4-2013[3]還是中國的國標(biāo)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》GB/T 10184-245[4]，在計(jì)算鍋爐效率時(shí)都需要用到煤質(zhì)的元素分析。但煤質(zhì)元素分析設(shè)備價(jià)格昂貴，流程復(fù)雜，耗時(shí)長，成本高，電廠一般不具備煤質(zhì)元素分析化驗(yàn)?zāi)芰?，只能夠進(jìn)行煤質(zhì)工業(yè)分析化驗(yàn)。中國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》DL/T 904—2015 中給出了通過煤質(zhì)的工業(yè)分析和鍋爐運(yùn)行參數(shù)估算鍋爐效率的辦法[5]，但是在相同的運(yùn)行條件下依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)通過煤質(zhì)工業(yè)分析計(jì)算得到的鍋爐效率和依據(jù)國標(biāo)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》 通過煤質(zhì)元素分析計(jì)算得到的鍋爐效率存在明顯的偏差，給技術(shù)人員帶來困擾。本文分別采用《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》和《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》（以下簡稱兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)）計(jì)算相同條件下的反平衡鍋爐效率和各項(xiàng)損失的差別，并詳細(xì)分析引起差別的主要原因，從而便于相關(guān)人員對(duì)兩種計(jì)算方法的理解。

1 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鍋爐效率計(jì)算方法的差別

在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，鍋爐的效率均指鍋爐的燃料效率，即輸出熱量與輸入鍋爐系統(tǒng)邊界燃料低位發(fā)熱量百分比，但是兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算鍋爐效率時(shí)的算法并不完全相同。

1.1 基準(zhǔn)溫度

在《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定了計(jì)算的基準(zhǔn)溫度，即進(jìn)出鍋爐熱平衡邊界的物質(zhì)熱量起算點(diǎn)溫度，并規(guī)定基準(zhǔn)溫度為25 ℃。在計(jì)算物質(zhì)進(jìn)出鍋爐系統(tǒng)熱量損失時(shí)，首先根據(jù)物質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)的溫度與基準(zhǔn)溫度下的焓值差，求得帶入系統(tǒng)的熱量；之后根據(jù)物質(zhì)離開系統(tǒng)時(shí)的溫度與基準(zhǔn)溫度下的焓值差，計(jì)算出帶出系統(tǒng)的熱量；最后用帶出系統(tǒng)的熱量減去進(jìn)入系統(tǒng)的熱量，算出熱量的損失。這種計(jì)算方式雖然比較復(fù)雜，但是更為準(zhǔn)確，尤其是對(duì)進(jìn)出鍋爐系統(tǒng)物質(zhì)發(fā)生變化的情況下，準(zhǔn)確度較高。

在《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中沒有基準(zhǔn)溫度的概念，是直接采用物質(zhì)離開鍋爐和進(jìn)入鍋爐時(shí)的焓值差求得物質(zhì)進(jìn)入鍋爐系統(tǒng)的熱量損失，以離開時(shí)的物質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，準(zhǔn)確性較低。

1.2 q2 和q6 的計(jì)算方法不同

在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，q2均表示離開鍋爐邊界系統(tǒng)煙氣所帶走的物理顯熱（也即排煙損失），但計(jì)算方法不同。在《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中，排煙損失通過干煙氣和水蒸氣在排煙溫度與基準(zhǔn)溫度（25 ℃）下的焓值差計(jì)算，而在《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》 中，排煙損失通過干煙氣和水蒸氣在排煙溫度與空預(yù)器入口風(fēng)溫下的焓值差計(jì)算。通?？疹A(yù)器入口空氣溫度和基準(zhǔn)溫度不同，從而使得排煙損失q2計(jì)算的結(jié)果不同。

同樣，在計(jì)算灰渣物理熱損失q6時(shí)，《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》選取與基準(zhǔn)溫度的焓值差，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》選取與空預(yù)器入口風(fēng)溫的焓值差。在計(jì)算固體未完全燃損失時(shí)，《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》考慮了添加石灰石后灰分的增加，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》沒有考慮添加石灰石后灰分的增加。

1.3 輸入熱量

在《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中單獨(dú)考慮了輸入系統(tǒng)物質(zhì)的顯熱，而在《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中沒有單獨(dú)考慮進(jìn)入系統(tǒng)物質(zhì)的顯熱，只是在計(jì)算鍋爐排煙損失和灰渣物理熱損失時(shí)將它們包含在內(nèi)。

1.4 理論空氣量計(jì)算方法不同

在計(jì)算排煙損失時(shí)，需要計(jì)算鍋爐的煙氣量?！峨娬惧仩t性能試驗(yàn)規(guī)程》根據(jù)燃料的元素分析和灰渣含碳量然后再根據(jù)元素平衡計(jì)算鍋爐的煙氣量，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》是根據(jù)燃料的熱值和煤質(zhì)系數(shù)K進(jìn)行估算理論空氣量，再計(jì)算煙氣量。

1.5 煙氣焓值計(jì)算方法不同

在煙氣焓值計(jì)算過程中，《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》根據(jù)計(jì)算得到的煙氣成分和它們各自的焓值通過加權(quán)平均計(jì)算出煙氣的比熱，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》由于沒法精確計(jì)算得到鍋爐的煙氣成分，所以將煙氣看成CO2、O2和N2的比值分別為15.4∶3.5∶81.1 的混合氣體，求得混合氣體的比熱。

2 效率計(jì)算時(shí)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)和煤質(zhì)分析

在相同條件下，應(yīng)用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別對(duì)一臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐效率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)所選用的鍋爐運(yùn)行參數(shù)如下：排煙溫度為120 ℃，氧的體積分?jǐn)?shù)為4%，CO 的質(zhì)量濃度為188 mg/m3，SO2的質(zhì)量濃度為571 mg/m3，環(huán)境溫度為15 ℃，入口風(fēng)溫為26.76 ℃，飛灰含碳量為3.5%，底渣含碳量為2.5%，灰渣比為50∶50，床溫為850 ℃。

由于《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中計(jì)算理論空氣量時(shí)用到煤質(zhì)系數(shù)K，而K值與燃料類型有關(guān)。為了更加全面地分析兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出的鍋爐效率的差異，特選取了4 種不同煤質(zhì)[6]進(jìn)行鍋爐效率計(jì)算。4 種不同煤質(zhì)的元素分析和工業(yè)分析見表1 和表2。

3 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)效率計(jì)算結(jié)果的比較

通過兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的鍋爐效率及各項(xiàng)損失如表3 所示。由于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中排煙損失q2和灰渣物理熱損失q6的計(jì)算方法不同，含義也略有差別。所以在比較時(shí)將依據(jù)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》 計(jì)算出的排煙熱量和進(jìn)入系統(tǒng)邊界的空氣帶入的熱量計(jì)算出排煙損失q2，通過排出灰渣的物理顯熱與入爐燃料的物理顯熱計(jì)算出鍋爐灰渣物理熱損失q6，然后再分別與《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》 計(jì)算出來的q2和q6進(jìn)行比較，這樣物理意義就基本一致了。

表1 4 種不同煤質(zhì)的元素分析

表2 4 種不同煤質(zhì)的工業(yè)分析

表3 鍋爐效率及各項(xiàng)損失

3.1 排煙損失q2

從表3 可以看出，依據(jù)《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》計(jì)算得到的排煙損失q2小于依據(jù)《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算得到的q2。這是因?yàn)椤痘鹆Πl(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》 理論空氣量的計(jì)算不是通過煤質(zhì)的元素分析數(shù)據(jù)計(jì)算出來的，而是通過煤的低位發(fā)熱量和煤質(zhì)系數(shù)計(jì)算出來的。通過這種方法計(jì)算得出的理論空氣量通常要比通過元素分析計(jì)算得出的理論空氣量小4%~6%，一類煙煤要偏小近9%，從而計(jì)算得到的煙氣量偏小，排煙損失偏小。

在計(jì)算煙氣中水蒸氣含量時(shí)，需要知道煤種的氫元素的含量。而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》 是通過干燥無灰基揮發(fā)分與氫元素含量的關(guān)聯(lián)式來計(jì)算氫元素的含量，所以引起煙氣中水蒸氣含量的誤差。

《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》 在計(jì)算排煙損失時(shí)，將進(jìn)入系統(tǒng)的熱量和離開系統(tǒng)的熱量分別計(jì)算，這種計(jì)算方法在進(jìn)出系統(tǒng)物質(zhì)發(fā)生變化時(shí)更為精確，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》在計(jì)算時(shí)不考慮進(jìn)出系統(tǒng)物質(zhì)發(fā)生的變化，以離開系統(tǒng)的物質(zhì)作為計(jì)算的基礎(chǔ)。

3.2 氣體不完全燃燒損失q3

在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的效率計(jì)算過程中，q3損失的計(jì)算方法基本相同，結(jié)果一致。

3.3 固體不完全燃燒損失q4

在計(jì)算固體不完全燃燒損失q4時(shí)，《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中沒考慮脫硫劑對(duì)鍋爐灰渣量的影響，直接用燃料的收到基灰分Aar計(jì)算鍋爐的灰渣物理熱損失，而《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》在計(jì)算時(shí)考慮了脫硫劑對(duì)灰渣量的影響。如果爐內(nèi)脫硫投運(yùn)時(shí)，直接按照《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》 計(jì)算鍋爐灰渣物理熱損失得到的結(jié)果明顯偏小。若在計(jì)算中考慮脫硫劑對(duì)灰渣量的影響，對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行完善，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算結(jié)果則基本相同。

3.4 鍋爐散熱損失q5

在《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中對(duì)鍋爐散熱損失q5計(jì)算公式進(jìn)行了修改，考慮了流化床鍋爐結(jié)構(gòu)的變化，但需要測量的數(shù)據(jù)較多，可操作不強(qiáng)，并且鍋爐散熱損失占比很小，因此在計(jì)算中，通常按照舊版本GB/T 10184—88 進(jìn)行計(jì)算?！痘鹆Πl(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中鍋爐散熱損失q5的計(jì)算和GB/T 10184—88 中的計(jì)算方法相同。

3.5 灰渣物理熱損失q6

從表3 可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的灰渣物理熱損失q6差別較大，這是由于計(jì)算過程中兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)比熱的選取不同和入爐燃料溫度選取不同造成的。《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》中800 ℃時(shí)的灰渣比熱為1.102 kJ/（kg·K），入爐燃料溫度選取實(shí)測入爐燃料溫度；而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中灰渣比熱的取值為0.96 kJ/（kg·K），入爐燃料溫度選用空預(yù)器入口溫度，計(jì)算得到的灰渣物理熱損失要偏小，尤其對(duì)于流化床鍋爐，灰渣含碳量大時(shí)，影響更為突出。

3.6 脫硫損失q7

從表3 還可以看出，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的脫硫損失q7略有差別，這主要是因?yàn)椤峨娬惧仩t性能試驗(yàn)規(guī)程》 中選取石灰石的分解率為98%，而《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》中選取石灰石的分解率為95%。

4 結(jié)論

通過采用兩種鍋爐效率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算得到的鍋爐效率的比較可以看出：相同條件下《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》計(jì)算得到的鍋爐效率要高于《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算得到的鍋爐效率；當(dāng)《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》考慮脫硫劑對(duì)灰渣量的影響時(shí)，計(jì)算得到的固體未完全燃損失和《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算得到的基本相同；兩種計(jì)算方法部分參數(shù)選取值不同，在實(shí)際計(jì)算過程中，可以選取相同的參數(shù)值，從而使得兩種計(jì)算結(jié)果的可比性增強(qiáng)； 《火力發(fā)電廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算方法》鍋爐效率計(jì)算簡單，能夠滿足電廠燃燒調(diào)整和智能控制的需要。